论文简介
近日，来自中国科学院化学研究所的研究团队在《Carbon》期刊上发表了一篇题为《Enhancing thermal conductance between graphene and epoxy interfaces through non-covalent cation-π interactions》的论文。该研究通过非共价的阳离子-π相互作用（cation-π interactions）显著提升了石墨烯与环氧树脂界面之间的热导率。石墨烯具有极高的热导率，但在实际应用中，石墨烯与基底材料之间较大的界面热阻一直是一个挑战。本研究提出，利用阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）作为桥接物，通过氢键与阳离子-π相互作用，显著增强了石墨烯与环氧树脂之间的界面热导率，并且未破坏石墨烯的内在热导率。
TDTR方法的应用
在这项研究中，研究人员使用了Aunist（昊远精测）提供的Pioneer-01型号的时域热反射（TDTR）设备，测量了石墨烯与环氧树脂界面处的热传导性能。TDTR技术作为一种精准测量材料界面热导率的方法，能够通过反射率变化实时监测热扩散过程，进而计算出界面热导率。在实验中，CPAM的引入使得石墨烯/环氧界面的热导率从22 ± 2 MW/m²·K提升至51 ± 5 MW/m²·K，提升幅度高达131.8%，这展示了阳离子-π相互作用在界面热导率改善中的巨大潜力。
主要贡献
这项研究的主要贡献之一在于，采用非共价相互作用（如阳离子-π相互作用）显著提高了界面热导率，而无需像传统方法那样对石墨烯进行化学修饰。与传统的共价改性方法相比，非共价修饰能够保留石墨烯本身的优异热导特性，同时提高界面热导率。此外，研究表明，通过CPAM组装的石墨烯/CPAM/基底结构在电子设备散热和PCB孔镀金等应用中展现出良好的前景。
研究团队进一步表明，CPAM通过氢键和阳离子-π相互作用在石墨烯与环氧树脂之间形成了强力的界面连接，使得热量在石墨烯和基底之间的传导得到了有效增强。这种方法不仅提升了界面热导率，还对石墨烯的内在性能几乎没有负面影响。
未来应用前景
这种基于阳离子-π相互作用的改性方法，尤其在热管理领域具有广泛的应用前景。石墨烯作为一种理想的热导材料，能够通过这种方法实现更高效的散热，特别是在高集成度和高功率密度的电子设备中。此外，CPAM增强的石墨烯界面结构可用于印刷电路板（PCB）的孔镀金工艺，具有低成本、高效率及环保优势，可能会革新传统的PCB制造方法。
本研究提供了一种新颖的界面热导率提升技术，并为未来石墨烯基纳米材料及纳米设备的热管理研究奠定了基础。通过进一步优化阳离子聚电解质的化学结构和离子度，未来有望进一步提升石墨烯的热传导效率，推动电子设备的散热性能和可持续发展。
结语
通过本研究，研究人员展示了阳离子-π相互作用在提升石墨烯与基底界面热导率方面的巨大潜力，这为石墨烯在热管理领域的应用开辟了新的道路。随着研究的深入，石墨烯基材料将在更广泛的领域，尤其是在高效散热和可持续发展方面发挥越来越重要的作用。
